微生物菌肥配施生物質(zhì)炭對土壤肥力及黑麥草生長的影響

摘要：" 為探究微生物菌肥配施生物質(zhì)炭對土壤肥力與黑麥草生長的增效機制，本研究以邦德3為供試材料，采用盆栽方式，設(shè)置不施肥對照（CK）、有機物料（T1）、生物質(zhì)炭（T2）、未滅菌微生物菌肥（T3）、滅菌微生物菌肥（T4）、生物質(zhì)炭與菌劑配施（T5）、生物質(zhì)炭與微生物菌肥配施（T6）等處理，分析不同處理對土壤有機質(zhì)含量、有效磷含量、速效鉀含量及過氧化氫酶活性、脲酶活性、蔗糖酶活性、堿性磷酸酶活性、黑麥草葉片養(yǎng)分含量和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：隨著黑麥草的生長，不同施肥處理的土壤有機質(zhì)含量、有效磷含量、速效鉀含量總體呈先增加后減少的趨勢；在不同生長時期，微生物菌肥配施生物質(zhì)炭處理（T6）的土壤有機質(zhì)含量、有效磷含量、速效鉀含量整體上均顯著高于其他處理。黑麥草收獲時，T6、T5和T3處理的土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶的活性均顯著高于CK，其中，T6處理增加最為顯著，土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶的活性分別比CK提高230.91%、73.03%、24.00%和238.28%。T1～T6處理的黑麥草產(chǎn)量和葉片全氮、全磷、全鉀含量均顯著高于CK，其中，T6處理增加最為顯著，產(chǎn)量（鮮重）和葉片全氮、全磷、全鉀含量分別比CK增加104.37%、81.70%、271.43%和153.48%。因此，微生物菌肥配施生物質(zhì)炭可有效提高黑麥草產(chǎn)量和土壤速效養(yǎng)分含量，增加土壤肥力和促進黑麥草生長。本研究結(jié)果可為黑麥草的優(yōu)質(zhì)種植和微生物菌肥的高效利用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：" 黑麥草；微生物菌肥；生物質(zhì)炭；土壤肥力；產(chǎn)量

中圖分類號：" S543+.606.2""" 文獻標識碼：" A""" 文章編號：" 1000-4440（2024）12-2266-07

收稿日期：2024-03-01

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（31770729）；安徽蟲蟲生物科技有限公司項目（KJ2021092）

作者簡介：盧洪美（1998-），女，貴州遵義人，碩士研究生，主要研究方向為植物營養(yǎng)與土壤化學(xué)。（E-mail）3513731803 @qq.com

通訊作者：谷勛剛，（E-mail） xggu89@ahau.edu.cn

盧洪美，王晨宇，鞏夢夢，等. 微生物菌肥配施生物質(zhì)炭對土壤肥力及黑麥草生長的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2024，40（12）：2266-2272.

doi：10.3969/j.issn.1000-4440.2024.12.009

Effects of microbial fertilizer combined with biochar on soil fertility and ryegrass growth

LU Hongmei，" WANG Chenyu，" GONG Mengmeng，" GU Xungang

（College of Resources and Environment， Anhui Agricultural University， Hefei 230036， China）

Abstract：" In order to explore the synergistic mechanism of microbial fertilizer combined with biochar on soil fertility and ryegrass growth， this study used Bangde 3 as the test material， and used pot methods to set up no fertilization control （CK） and treatments such as organic material （T1）， biochar （T2）， unsterilized microbial fertilizer （T3）， sterilized microbial fertilizer （T4）， biochar and microbial agent application （T5）， biochar and microbial fertilizer application （T6）. The effects of different treatments on soil organic matter content， available phosphorus content， available potassium content， and activities of catalase， urease， sucrase， alkaline phosphatase， as well as ryegrass leaf nutrient content and yield were analyzed. The results showed that with the growth of ryegrass， the soil organic matter content， available phosphorus content and available potassium content of different fertilization treatments increased first and then decreased. At different growth stages， the soil organic matter content， available phosphorus content and available potassium content of microbial fertilizer combined with biochar treatment （T6） were significantly higher than those of other treatments on the whole. When ryegrass was harvested， the activities of soil catalase， urease， sucrase and alkaline phosphatase in T6， T5 and T3 treatments were significantly higher than those in CK. Among them， T6 treatment increased the most significantly， and the activities of soil catalase， urease， sucrase and alkaline phosphatase were 230.91%， 73.03%， 24.00% and 238.28% higher than CK， respectively. The yield of ryegrass and the contents of total nitrogen， total phosphorus and total potassium in leaves of T1-T6 treatments were significantly higher than those of CK. Among them， the increase of T6 treatment was the most significant， and the yield （fresh weight） and the contents of total nitrogen， total phosphorus and total potassium in leaves increased by 104.37%， 81.70%， 271.43% and 153.48%， respectively， compared with CK. Therefore， microbial fertilizer combined with biochar can effectively increase ryegrass yield and soil available nutrient content， increase soil fertility and promote ryegrass growth. This study provides a basis for the high-quality planting of ryegrass and the efficient utilization of microbial fertilizer.

Key words：" ryegrass;microbial fertilizer;biochar;soil fertility;yield

黑麥草（Lolium perenne L.）是中國最重要的三大牧草之一，屬于一年生飼用作物。黑麥草具有生長速度快、適口性好、營養(yǎng)成分豐富等特點，被多種畜禽所喜食，因而其種植面積不斷擴大。磷與鉀是植物生長不可或缺的營養(yǎng)元素，與作物的品質(zhì)和產(chǎn)量等密切相關(guān)。近年來，隨著高產(chǎn)品種的推廣，農(nóng)作物每年會從土壤中吸收大量的磷和鉀，導(dǎo)致土壤中可被植物直接吸收利用的可溶性磷、鉀含量的下降及缺磷、缺鉀耕地面積的逐步增加。且肥料中磷素當季利用率一般低于25%，鉀素當季利用率一般低于50%，這導(dǎo)致施入土壤的磷肥和鉀肥增加了土壤中的總磷含量和總鉀含量，但速效磷含量和速效鉀含量往往仍然較低。因此，如何將土壤中難溶性的磷、鉀活化為可溶性磷、鉀是當前生產(chǎn)中備受關(guān)注的問題。

微生物菌肥與生物質(zhì)炭均為無公害、無污染的土壤改良劑，近年來在土壤改良、作物增效方面有較多的應(yīng)用。微生物菌肥作為一種新型的高效肥料，生產(chǎn)過程中通常會添加芽孢桿菌屬細菌，這些細菌能夠?qū)⑼寥乐须y溶性磷和鉀活化為可溶性磷、鉀，進而增加土壤中有效磷、速效鉀的供給，提高土壤中磷、鉀的利用率 。此外，施用微生物菌肥替代磷肥與鉀肥還能夠降低磷、鉀肥的使用量、促進作物生長、提高土壤肥力和作物產(chǎn)量。生物質(zhì)炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，含有豐富的營養(yǎng)成分，施入到土壤中不僅可以增強土壤的固碳能力和肥力水平，還能提高土壤酶活性，進而起到減肥增產(chǎn)的效果。針對目前生物質(zhì)炭與微生物菌肥配施對黑麥草根際土壤解磷和解鉀能力、土壤酶活性與作物產(chǎn)量形成和養(yǎng)分吸收利用的影響研究缺乏的現(xiàn)狀，本研究利用盆栽試驗，分析微生物菌肥、生物質(zhì)炭以及兩者配施對黑麥草根際土壤有效磷含量和速效鉀含量及黑麥草產(chǎn)量和養(yǎng)分含量的影響，以期為黑麥草的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和微生物菌肥的利用提供依據(jù)。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

新一代寬葉型四倍體一年生黑麥草品種邦德3購自鄭州華豐草業(yè)科技有限公司；生物質(zhì)炭購自江蘇瑞竹環(huán)保科技有限公司；枯草芽孢桿菌、膠質(zhì)芽孢桿菌和解淀粉芽孢桿菌的混合菌劑（混合體積比例為1∶1∶1，有效含菌量為1×107CFU/mL）利用中國普通微生物菌種保藏管理中心提供的菌種發(fā)酵得到；微生物菌肥（有效活菌數(shù)≥1×107CFU/g）由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)微生物實驗室利用解淀粉芽孢桿菌、膠質(zhì)芽孢桿菌與枯草芽孢桿菌發(fā)酵得到；滅菌微生物菌肥由上述微生物菌肥經(jīng)高溫滅菌得到；有機物料為安徽省徽商集團農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料有限公司提供的飼養(yǎng)蛾類昆蟲的飼料及昆蟲殘體。供試土壤取自安徽省宣城市華佗嶺宣木瓜種植基地，土壤有機質(zhì)含量4.55 g/kg，全氮含量0.26 g/kg，有效磷含量 1.54 mg/kg，速效鉀含量28.00 mg/kg，堿解氮含量14.00 mg/kg，pH值 4.90。土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶測定試劑盒購自南京賽亞生物科技有限公司。

1.2" 試驗設(shè)計

試驗于2023年6-11月在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)開展。從試驗田取土風(fēng)干后，過2 mm篩，裝入30 cm×18 cm的塑料盆中，每盆裝風(fēng)干土壤5 kg，共42盆。試驗設(shè)不施肥對照（CK）與有機物料（T1）、生物質(zhì)炭（T2）、未滅菌微生物菌肥（T3）、滅菌微生物菌肥（T4）、生物質(zhì)炭與菌劑配施（T5）、生物質(zhì)炭與微生物菌肥配施（T6）等肥料處理，每個處理6盆。試驗中T1、T2、T3、T4處理每盆施有機物料、生物質(zhì)炭、微生物菌肥及滅菌微生物菌肥均為20 g（以干重計），T5處理中每盆施生物質(zhì)炭20 g的基礎(chǔ)上，增加1.6 mL混合菌劑，T6處理中每盆施生物質(zhì)炭與微生物菌肥各10 g。上述材料均作為基肥拌土施用。2023年8月20日每盆播種20粒黑麥草種子。常規(guī)管理，定期澆水。

1.3" 指標的測定

1.3.1" 土壤樣品采集與測定" 黑麥草種植后5 d、10 d、20 d、30 d、45 d、60 d，利用土鉆從每盆采集土壤樣品50 g左右，土壤風(fēng)干過篩后測定土壤有機質(zhì)含量、有效磷含量和速效鉀含量。土壤有機質(zhì)含量、有效磷含量和速效鉀含量分別采用重鉻酸鉀外加熱-硫酸亞鐵滴定法、鉬銻抗比色-紫外分光光度計法、火焰光度計法測定。黑麥草收獲（種植后60 d）時，每盆另取土樣測定土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶活性。

1.3.2" 植物樣品采集與測定" 黑麥草種植60 d后收獲，采集各盆植株地上部，植株洗凈后去除表面水分，稱量植株地上部鮮重，隨后將黑麥草植株放置到105 ℃烘箱中殺青30 min，然后于70 ℃烘干至恒重。取各處理植株葉片100 g，研磨后過0.5 mm 篩，采用 H2SO4-H2O2消煮法，制備植株葉片氮、磷、鉀含量的待測液，分別用凱氏定氮法、鉬銻抗比色-紫外分光光度計法、火焰光度計法測定葉片全氮含量、全磷含量和全鉀含量。

1.4" 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和作圖，采用 SPSS Statistics 22.0軟件及Duncan’s法進行處理間差異顯著性分析（α=0.05）。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 不同施肥處理對土壤有機質(zhì)含量的影響

不同施肥處理土壤有機質(zhì)含量的變化特征如圖1所示。從圖中可以看出，與CK相比，不同施肥處理的土壤有機質(zhì)含量均有不同程度的增加。在黑麥草生長的不同時期， T6處理的土壤有機質(zhì)含量總體顯著高于其他處理，T3處理次之。隨著黑麥草的生長，土壤中的有機質(zhì)含量總體呈先增加后減少的趨勢。播種后20 d時，各處理的有機質(zhì)含量均達最大值，其中，T6處理的土壤有機質(zhì)含量最高，為26.99 g/kg，比其他處理高9.27%～241.65%。黑麥草收獲時（播種后60 d），T1處理土壤有機質(zhì)含量與CK無顯著差異，其他處理的有機質(zhì)含量均顯著高于CK，其中，T6處理的有機質(zhì)含量較CK高132.00%。上述結(jié)果表明不同施肥處理均可促進土壤有機質(zhì)含量增加，且微生物菌肥配施生物質(zhì)炭對土壤有機質(zhì)含量的增加效果最好。

2.2" 不同處理對土壤有效磷含量和速效鉀含量的影響

不同處理對黑麥草根際土壤有效磷含量的影響如圖2所示。從圖中可以看出，各處理黑麥草全生長期的有效磷含量總體均呈先增加后減少的趨勢。播種后30 d，各處理土壤有效磷含量均達最大值。全生長期，不同施肥處理（T1～T6）的土壤有效磷含量總體均顯著高于CK。播種后30 d，T1～T6處理的土壤有效磷含量比CK顯著提高236.58%～522.45%；未滅菌微生物菌肥處理（T3）的土壤有效磷含量是滅菌微生物菌肥處理（T4）的1.51倍，說明未滅菌微生物菌肥對土壤難溶態(tài)磷的活化效果更好；T5處理的土壤有效磷含量與T3處理無顯著差異；T6處理下土壤有效磷含量最高，顯著高于其他處理。黑麥草收獲時（播種后60 d），T3處理和T6處理的土壤有效磷含量顯著高于其他處理，且兩者無顯著差異；T5處理次之，CK最低。

不同處理對黑麥草根際土壤速效鉀含量的影響如圖3所示。與土壤有效磷含量的變化相似，黑麥草生長過程中，各處理土壤速效鉀含量的變化亦呈先增后減的變化趨勢，播種后20～30 d時，各處理土壤速效鉀含量達到最高值。不同施肥處理（T1～T6）的土壤速效鉀含量總體顯著高于CK。播種后30 d， T2、T3、T4和T5處理的土壤速效鉀含量分別比CK增加55.39%、73.57%、 66.13%和64.47%；T6處理速效鉀含量達最大值，為80.67 mg/kg，比CK增加100.02%，說明微生物菌肥與生物質(zhì)炭配施對土壤速效鉀含量的提升效果最為顯著。各處理土壤速效鉀含量的增加說明不同的施肥處理對土壤鉀素均有一定程度的活化作用，其中，微生物菌肥和生物質(zhì)炭配施處理（T6）對土壤鉀素的活化作用最為顯著，其次為T3和T5處理。

2.3" 不同處理對土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶活性的影響

不同施肥處理黑麥草種植60 d后土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶、堿性磷酸酶活性的變化特征如圖4所示。從圖中可以看出，與CK相比，不同施肥處理的土壤過氧化氫酶活性均有不同程度的增加，增幅為100.18%～230.91%。T6處理過氧化氫酶活性最高，比CK顯著增加230.91%；T3、T5處理過氧化氫酶活性分別比CK提高200.06%和214.31%，上述結(jié)果說明微生物菌肥配施生物質(zhì)炭能有效提高土壤過氧化氫酶活性。T3、T5和T6處理土壤脲酶活性均顯著高于CK，分別提高28.09%、24.16%和73.03%，T1、T2和T4處理與CK無顯著差異。T3、T5和T6處理土壤蔗糖酶活性顯著高于其他處理，其中T6處理比CK提高24.00%，T1、T4處理土壤蔗糖酶活性與CK無顯著差異。不同施肥處理的土壤堿性磷酸酶活性均顯著高于CK，其中，T3、T5和T6處理分別比CK顯著增加172.66%、213.28%和238.28%， T1、T2和T4處理的土壤堿性磷酸酶活性增量相對較小。

2.4" 不同處理對黑麥草鮮重和葉片氮、磷、鉀含量的影響

不同處理對黑麥草產(chǎn)量和收獲期葉片氮、磷、鉀含量的影響如表1所示。從表中可以看出，不同施肥處理的黑麥草鮮重均顯著高于不施肥對照（CK），其中，T6處理的產(chǎn)量增加最為顯著，增量約104.37%，其次為T3和T5處理，增量分別為84.94%和75.70%，T1處理的增量相對較低，僅為43.51%。上述結(jié)果說明微生物菌肥配施生物質(zhì)炭能更好地促進黑麥草的生長。與產(chǎn)量相似，施肥處理的黑麥草葉片全氮含量、全磷含量、全鉀含量亦顯著高于不施肥對照（CK）。其中，T6處理全氮含量、全磷含量、全鉀含量均為最高，分別比CK增加81.70%、271.43%和153.48%。T3和T5次之，T1、T2、T4處理的差異相對較小。T3處理下氮、磷、鉀含量均高于T1處理，分別較T1處理提高23.26%、39.29%、39.06%，說明施用微生物菌肥能提高黑麥草葉片養(yǎng)分含量。T5處理葉片氮、磷、鉀含量分別比T2處理提高17.63%、62.96%、45.85%，說明生物質(zhì)炭與菌液混合處理后對黑麥草養(yǎng)分提高具有更好的效果。

3" 討論與結(jié)論

土壤速效養(yǎng)分含量對植物生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響。近年來，如何提高低肥力土壤的速效養(yǎng)分含量越來越受到關(guān)注。大量研究發(fā)現(xiàn)，在低肥力土壤中施用生物質(zhì)炭或微生物菌肥可促進作物生長，提高土壤養(yǎng)分利用效率，提升作物抗病水平和減少環(huán)境污染。本研究發(fā)現(xiàn)，與不施肥對照（CK）相比，施用生物質(zhì)炭、微生物菌肥、有機物料及生物質(zhì)炭與微生物菌肥配施等處理均能提高土壤有機質(zhì)含量、有效磷含量與速效鉀含量，施肥處理（T1～T6）土壤有機質(zhì)含量、有效磷含量和速效鉀含量均呈先增加后減少的趨勢，說明黑麥草生長過程中土壤微生物活性發(fā)生變化。微生物菌肥與生物質(zhì)炭配施處理的土壤有機質(zhì)含量、有效磷含量和速效鉀含量整體上均顯著高于單施微生物菌肥和生物質(zhì)炭處理。原因可能是微生物菌肥配施生物質(zhì)炭既能彌補單施微生物菌肥在作物前期養(yǎng)分釋放緩慢的缺點，又能保障作物在生長后期對養(yǎng)分的吸收利用，提高對土壤難溶性磷、鉀養(yǎng)分的利用率。土壤提供的養(yǎng)分一般無法滿足作物生長的需求，微生物菌肥與生物質(zhì)炭配施及微生物菌肥單施均可改善土壤磷、鉀等速效養(yǎng)分含量，提高養(yǎng)分利用效率，這與其他學(xué)者的研究結(jié)果一致。

酶是土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化的一種生物催化劑，對土壤物質(zhì)循環(huán)具有重要的意義。酶活性的強弱對土壤養(yǎng)分的有效性有重要影響，可用來表示土壤質(zhì)量的好壞。本研究結(jié)果表明，與其他處理相比，微生物菌肥配施生物質(zhì)炭處理可更好地增強土壤中過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶及堿性磷酸酶的活性。原因可能是微生物菌肥配施生物質(zhì)炭處理可更好地增強土壤透氣性，提高土壤肥力水平，促進根系生長環(huán)境的改善。Dabhi等、Zaitun等研究結(jié)果表明，土壤中增施微生物菌肥和生物質(zhì)炭可以提高作物養(yǎng)分含量。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，微生物菌肥配施生物質(zhì)炭處理能更好地提高黑麥草產(chǎn)量和葉片全氮、全磷、全鉀含量，且配施處理比單純施用微生物菌肥或生物質(zhì)炭有更好的提升效果。

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（責(zé)任編輯：石春林）